Vol. 25 (1988) 近畿大学原子力研究所年報
│論文│
比誘電率,比導電率および pH の同時測定による 酸,塩基の中和および希釈の検討
小 倉 勲,簸 尚 子 , 田 中 浩 史
I n v e s t i g a t i o n on D i l u t i o n and N e u t r a l i z a t i o n o f Acids and Bases by Simultaneous Measurement o f S p e c i f i c D i e l e c t r i c
Constant , S p e c i f i c E l e c t r i c Conductivity and pH
I s a o OGURA , Naoko YABU and H i r o s h i TANAKA
(Rreceived September 30,1988)
For the observation of the mutual relation among DK. " and pH. those values come from the mixing of 0.01 N acids andbases or water were simultaneously measured. The DK and "
curves obtained from the measurement resembled mutual1y in various ways. further from Avogadro number. in hydrochloric and nitric acids perfectry and in sulfuric acid two step dissociation were observed.
KEYWORDS
specific dielectric constant. specific electric conductivity. pH. neutralization. hydrochloric acid. ni tric acid. sulfuric acid.
酸と塩基,酢酸とアニリンあるいはカノレボン酸と水 を混合し,混合物の誘電率 (DK) を測定1)して, イ オンの解離度やその数の減少は DK値を低下させる ととを知ったが, DK値と導電率(心,あるいは pH との関係がどのような状態になるかを観察する目的を もって,酸および塩基の希釈あるいは両者の中和など の実験を試みた。
実 験 の 部
測 定 装 置 D K測定は現在までに使用した装置を,
導電度計および pH計は東亜電波工業邸製のCM40S および HM40Sを使用した。容器として4口200ml 細長フラスコを用い,フラスコ内の液を東京理化器械
K.K製のマイクロチューブポンプ(MP‑3型〉ですい上 げ,シリコンチュープで DK測定用の U字管に送り,
さらにとれを導電度計および pHメーターの電極の 入った径 3cm高さ 10cmのガラス円筒に導いて測 定した。液は円筒内に 35ml蓄積されたらポンプで 吸い上げられ,フラスコ内に還流するようにした。液 はフラスコからU字管に到達するまでに21秒,そとよ りガラス円筒に至るまでに21秒,フラスコに返るまで に20秒を要して循環した。
試 料 酸および塩基は DK 値の測定の関係から O.OlN溶液を使用し, それら各々の係数は次に示し た通りであった。 DK."および pHの三者測定の場 合は試料の 50mlを " お よ び pHの測定には 30 mlを使用し,一方をフラスコに入れ,他方をピュレ
守t
( )pH
小倉他:比誘電率,比導電率およびpHの同時測定による酸,塩基の中和および希釈の検討
pH 1: HZCZ04
2 :H2S04
3:HCl k 4:HCl 5: HZC04 6: HZCZ04
7: CH3COOH
Fig. 1 DK, /C and pH Curves obtained by Dropping of Water (50ml, divided into 20 parts) into Acids (50 ml) or Bases (50 ml)
D K χ
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10 ,. ̲, 20 (Acids)12: NaOH 13:NH40H 14: NaOH 15:NH40H
ットより20回に分け 1分毎に加えた。 DK値は 1分 間iζ6回測定してパソコンが記録し, κおよび pH は 1分毎のほぼ平均になる値を読み取って記録した。
HCl: 1.0040 HN03: 1.0044 H2S04: 1.0028 H2C204 1/0037 CH3COOH: 1.0012 NaOH: 1.0064 KOH:
1.0012 H3P04: 1.0036 NH40H: 1.0420 結果と考察
酸 お よ び 塩 基 と 水 の 混 合 酢酸と水,とくに酢 酸を水に滴加した場合ヘ 酢酸の解離に起因すると思 われるDK曲線の著しい上昇をみた。本実験で使用し た'0.01Nの酢酸では Fig.1‑11に示したように,ほ とんど変化のない直線に近い曲線を得たに過ぎなかっ た。乙の時のK曲線は DK曲線とほぼ同様な形状を 示したが, DKがやや下降の傾向を示したのに対し,
やや上昇の傾向を示した。 DKは乙の濃度では一定容 積中のイオン数の減少がその低下につながるが, /Cで は乙の濃度でもなおその値の上昇する乙とが認められ た。同様の結果は弱塩基のアンモニア水についても みられた。強酸および強塩基では希釈されるに従って DK, /Cともその値はかなりA¥さくなった。
酸 と 強 塩 基 の 混 合 強弱種々の酸に水酸化カリ ウムを混合して得た x曲線をFig.2に示した。強
pH χ
ms/cm 3 3 5
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DK 8:HCl 9: HZC04 10: HZC204
11:CH3COOH
16: NaOH 17:NH40H
x 5 ms/cm
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。 10 20
[min. ]
1 ‑ . ‑ HN03 4
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Hz C2 04 2 ‑..&.‑HCl 5 ‑① ‑H3 P04 3‑0‑
H2 S04 6 ‑・ ‑
CH3 COOH Fig. 2 /C Curves 0 btairted by Dropping of 0.01N KOH (30 ml, divided into 20 par‑ ts) into. Asids (30 ml)
Vo1. 25 (1988)
x ms/cm DK
150
DK
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近畿大学原子力研究所年報
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[min. ]A B C
HC1 CH4COOH A:25m1 25m1 B :20ml 30m1 C: 30ml 20ml
Fig. 3 DK,,, and pH Curves obtained by Dropping of O.OlN NaOH (50 ml, divided into 20 parts) into Mixture (50 ml) of O.OlN HC1 and O.OlN CH3 COOH 酸では DKと類似の曲線であったが, 弱酸ではその
ほぼ半量が混合されたあと,強塩基のアノレカリ性の大 きな値が表示されるような,徐々に上昇する曲線とな った。
強 弱 の 塩 基 あ る い は 強 弱 の 酸 の 混 合 物 に 強 酸 あ る い は 強 塩 基 の 混 合 塩酸と酢酸の1:l(A), 2:
3(B)および3:2(C)の割合の混合物を,水酸佑ナトリウ ムと混合して得た DK,"および pH曲線をFig.3 に示した。 Fig.2で示したように,酢酸の混合量lとほ ぼ相応するととろで各曲線に節がみられた。乙れは,
その時点に存在するプロトンの量に応じての変化と考 えられる。 DKとK曲線は,その節より形状を異にす る曲線になった。強弱両塩基の混合物についても同様 な曲線が得られ,それらのKとpH曲線を Fig.4Iと 示した。
解離度の推定使用した強弱各酸の水酸化ナトリ ウムによる中和で得た曲線より,プロトン数の変化を
示す曲線の設定と,混合時におけるプロトン数の算定 を試みた。アボガドロ数を利用し, 1N溶液11中に 6.02 X 1023個のプロトンが存在するとすれば,O.OlN 液30ml中には1.812X1020個のプロトンが存在し,
30mlを20固に分けて混合したので 1回 の 混 合 で 0.090 X 1020個のプロトンが消費される計算になる。
プロトン数を縦軸に,横軸に pH値をとると Fig.5 のような曲線が得られた。との値を混合回数,すなわ ち20回に分けてプロットして得た曲線をFig.6に示 した。塩酸と硝酸においてはこれが直線になった。す なわち,乙の濃度で両者は完全に解離していることを 示している。 しかし,他の酸においては両者より低 い,すなわち解離度の小さい曲線となり,とくに硫酸 の曲線に示される屈曲部は,二塩基酸の二段階解離に 相当するものと思われる結果を得た。
小倉他:比誘電率,比導電率およびpHの同時測定による酸,塩基の中和および希釈の検討
h
¥ 1
¥ 刈
ミ¥¥. ¥て冷/
2
丸ム/六 l j
pH
11
10
9
8
1 : HCl 4: H2 C2 04 2:HNOa 5:Ha P04
3:H2504 6:CHa COOH
7 pH
o
10 20[min. ]
KOH NH40H
Fig. 5 Hypothetical Proton Number correspond to pH O.OlN NaOH (30 ml, divided into 20 parts) dro‑ pped into O.OlN Acids (30 ml)
1: 15m1 15m1 2: 20 m1 10 m1 3: 10 ml 20 ml Fig. 4‑ /C and pH Curves 0 btained
by Dropping of 0.0 1N HCl (30 ml, divided into 20 par‑ ts) into Mixture of O.OlN KOH and O.OlN NH4 OH
文 献
1)小倉勲,田中浩史,岸沢一,川西三千世,
山口正雄,近大原研年報.23, 45 (1986)。 2)小倉勲, 田中浩史,鎌原伸博. Chem. Ex‑
press 2, 393 (1987).
田中浩史,鎌原伸博,簸尚子,小倉勲,近 大原研年報.24, 1 (1987)
。
3) 小倉勲,田中浩史,中村勝一,池田安吉,沖 野昌雄,木下商策,山口正雄,近大原研年報,19, 37 (1982)。
0.5
。
1 : HCl, HNOa 3: H2 C2 04
2: H2 504 4: CHa COOH Fig. 6 Proton Number correspond to dro‑
pping amount
O.OlN NaOH (30 ml) dropped into O.OlN Acid (30 ml)
‑‑, 20ー